Содержание к диссертации
Введение
1. Формирование и перспективи развития научной методологии природоохранной деятельности ТЭС 19
1.1. Условия природоохранной деятельности ТЭС как фактор формирования методологии природоохранной деятельности 19
1.2. Энергетика как большая система 22
13- Системный подход как метод исследования и принятия решении в природоохранной деятельности ТЭС 24
1А Структура системы «экологическое совершенствование ТЭС».,, 28
1.5. Основные принципы научной методологии охраны окружающей среды в энергетике 32
1.6. Алгоритм действий в изучении и решении задачи экологизации ТЭС 41
2. Разработка и внедрение методики оценки взаимодействия ТЭС с окружающий средой 46
2.1.. Методические принципы оценки свойств ТЭС как элемента антропо ген по-природной системы «окружающая среда» 46
2.2. ТЭС как объект воздействия со стороны природных сред 63
2.3 Разработка системы ОВОС тепловых электростанций как метода исследования связи ТЭС с окружающей средой 67
2.4 Методы интегральной оценки воздействия на окружающую среду тепловых электростанций в рамках процедуры ОВОС 79
3. Исследование, разработка и практическая реализация методов оценки экологических свойств ТЭС и условий их формирования 85
3.1. Цель и методы исследования 85
3.2. Экологические свойства ТЭС как результирующая взаимодействия в системе "технология-то пли во-мощность-эксплуатация*' --- 85
3.3. Способ оценки экологических свойств энергетического топлива 88
3.4. Исследование и методика расчета пылеиия угольного штабеля 97
3.5. Исследование механизма ветровой эрозии золошлакоотвала и разработка методики количественной оценки пылевых выбросов
в атмосферу . 103.
3.6. Регулирование экологических свойств ТЭС в неблагоприятных метеорологических условиях 119
3.7. Организация санитарно-защитноїї зоны (СЗЗ) ТЭС... 123
4. Формирование механизмов регулирования природоохранной деятельности ТЭС . 127
4.1. Анализ правовых основ охраны окружающей среды в производственной деятельности ТЭС 127
4.2. Основные принципы экологического нормирования 127
4.3. Разработка методики нормирования выбросов ТЭС в атмосферу 136
5. Экологический производственный контроль ТЭС (исследование, раз работка принципов и структурных схем) 146
5.1. Основные принципы производственного экологического контроля 146
5.2. Объем экологического контроля выбросов 150
5.3. Методы контроля выбросов , 151
5.4. Рациональный объем приборного контроля выбросов 154
5.5. Методика организации автоматизированных систем контроля выбросов АСКВ 156
6. Методы и пути экологизации действующих ТЭС 165
6.1. Методические принципы экологизации действующего оборудования ТЭС как результат обобщения практического опыта 165
6.2. Анализ опыта экологизации энергопроизводства в зарубежной и отечественной энергетике 170
6.3 Основные направления экологизации ТЭС 175
6.4 Классификация и сфера применения технологических методов подавления оксидов азота 177
6.5 Методические принципы подавления оксидов азота на действующем оборудовании 182
6.6 Основные методические принципы реализации методов подавления оксидов азота 185
6.7 Побочные негативные последствия реализации технологических методов подавления оксидов азота. Способы их оценки и предотвращения 190
7. Разработка, исследование, апробация и внедрение методов экологического совершенствования топочных процессов в пылеугольных котлах 196
7.1. Создание и анализ новых технологий сжигания энергетического топлива как составного блока системы "методология-технология" 196
7.2. Регулирование процесса образования оксидов азота аэродинамическими методами : 198
73. Встроенная система предварительного подогрева угольной пыли 207
7.3.1 Состояние проблемы предварительного подогрева угольной пыли 207
7.3.2 Оценка термообработанного угля как энергетического то плива 211
7.3.3 Анализ возможных путей организации термической обработки топлива 215
7.3.4 Технология предварительной термообработки угольной
пыли во встроенных системах... 215
7.3.5 Организация рабочего процесса и конструкция устройства предварительной термохимической подготовки пыли ВСП 215
7.3.6 Апробация разработанной системы предварительного подогрева пыли в промышленных условиях 222
73,7 Методика расчета ВСП 235
7.4. Организация сжигания высококонцеитрированной аэросмеси . 239
7.5, Трехступенчатое сжигание твердого топлива - разработка техно логии, конструктивные решения. Практический опыт внедрения наТЭС 247
7.5Л Принципы организации трехступенчатого сжигания 247
7.5.2 Разработка технологии трехступенчатого сжигания угольной пыли 249
7.5.3 Организация аэродинамической структуры восстановительной зоны и зоны дожигания. Методика расчета ее 257
Заключение 269
Литература
- Системный подход как метод исследования и принятия решении в природоохранной деятельности ТЭС
- Разработка системы ОВОС тепловых электростанций как метода исследования связи ТЭС с окружающей средой
- Способ оценки экологических свойств энергетического топлива
- Основные принципы экологического нормирования
Введение к работе
Актуальность проблемы
Обеспечение устойчивого развития общества - важнейшая задача современной цивилизации. Предотвратить стремительное истощение природных ресурсов, приостановить необратимые изменения экосистем, качества водной, воздушной, геологической сред» почвенного покрова, устранить опасное для здоровья нынешнего и будущих поколений загрязнение окружающей среды - эти вопросы становятся практической задачей энергетики. На XIV Конгрессе МИРЭК отмечалось, что в ближайшие 20-30 лет главным мотивом в развитии энергетики будут не технологические факторы, которые отступят на второй план. Главным станет оптимизация взаимодействия между энергетикой, экономикой и экологией, в которой особую роль будут иг-рать социальные, экологические факторы. Обоснованность такого прогноза может подвергаться сомнению, что однако не снижает важности решения экологических проблем энергетики на нынешнем этапе развития отрасли.
Экологическая доктрина Российской Федерации[ 1 ], направленная па обеспечение устойчивого развития общества, выдвигает жесткие требования к энергетике - одному из наиболее значимых факторов антропогенного воздействия на окружающую среду. Для энергетиков России, названной решением Всемирной конференции по устойчивому развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.)[ 2 ] одной из самых экологически неблагополучных стран па планете, важно осознать, что Россия оказалась в центре мирового экологического кризиса, и на ней лежит особая ответственность в осуществлении перехода человечества на новый виток развития с сохранением природных основ нашего мира. Это связано с особым местом России в современном мире не только как великой евразийской державы, охватывающей и связывающей два мира с существенно различной социосферой, различными ценностными представлениями - уникальные природные ресурсы, огромные массивы нетронутых природных лесных и водных экосистем России играют
исключительную роль в стабилизации глобальных экологических процессов.
Являясь мощным источником локального, регионального и глобального негативного воздействия на окружающую среду, ТЭС наносят ущерб здоровью и условиям хозяйственной деятельности, осуществляя в тоже время важнейшие социальные функции по улучшению условий существования человека, качества среды обитания - обеспечивают комфортность бытовых условия, информационное обслуживание, функционирование жизнеобеспечивающих предприятий и служб, транспорта , развитие экономики и обеспечение рабочих мест, облегчают условия труда на производстве, уменьшают загрязнение воздушного бассейна крупных городов выбросами мелких отопительных и производственных котельных, автотранспорта. Общество объективно заинтересовано в полном и устойчивом энергоснабжении, однако оно не будет мириться со сложившимся уровнем негативного воздействия предприятий энергетики на окружающую среду.
В рамках решения этой задачи Экологическая программа электроэнергетики России, другие программные материалы [3, -^предусматривают основные направления природоохранной деятельности, включающие достижение нормативов ПДВ (предельно допустимых выбросов) на действующих ТЭС, совершенствование и пересмотр устаревших нормативно-методических отраслевых положений в области экологии энергетики, оптимизацию методов формирования топливного баланса ТЭС и подготовки топлива, создание на ТЭС измерительных систем для контроля соблюдения нормативов выбросов, внедрение технологических методов подавления оксидов азота, развитие систем сухого складирования золы. При этом приоритетным направлением экологической политики отрасли является совершенствование нормативно-правовой и методической базы природоохранной деятельности.
Решению этих задач посвящена настоящая работа, в которой область исследований включает:
s - разработку научных основ расчета и оптимизации экологических
показателей оборудования, объектов действующих ТЭС на основе экологических исследовании;
- разработку, исследование и совершенствование действующих и освоение новых технологий использования топлива со снижением влияния ТЭС на окружающую среду.
Из всего спектра природоохранных проблем отрасли в данном исследовании выделена задача экологического совершенствования действующих ТЭС с использованием существующего оборудования. Такой подход исходит из стратегической задачи отрасли на ближайшее десятилетие - стабилизация энергоснабжения , в основном, за счет удержания в эксплуатации действующего оборудования- Основной объем энергии будет выработан в этот период располагаемыми в настоящее время мощностями. Широкомасштабная реновация энергооборудования направлена на продление ресурса» которое предполагает не только обеспечение надежности физически стареющего оборудования, но также адаптацию его к современным экологическим требованиям.
Следует также учитывать, что и в общем случае, не ограничиваясь нынешней ситуацией, сложившейся в отрасли, за время существования ТЭС потребуется пересмотр отдельных технологических решений ( в связи с изменением структуры топливного баланса, экологической ситуации, подвижностью нормативной базы охраны окружающей среды), чтобы оставаться на уровне современных экологических требований -
Таким образом, экологические проблемы отдельной ТЭС не могут быть решены одномоментно - на стадии проектирования нового энергопредприятия или реконструкции действующего объекта. Они складываются и решаются непрерывно в ходе эксплуатации ТЭС- Экологическая безопасность эпергопредприятпя осуществима в условиях непрерывной природоохранной деятельности , которая должна быть неотъемлемой частью производственной деятельности.
9 Природоохранная деятельность каждого энергопредприятия представляет собой определенную целостную структуру и определенный оптимальный алгоритм действии. По своей структуре это - сложная многокомпонентная система оценок, ограничений, принятия решении, действий, процедур (рисунок 1). Она охватывает по содержанию ряд существенно различных аспектов - экология социальная и природных сред,; экологически ориентированное совершенствование технологии энергопроизводства, организация экологически безопасной эксплуатации ТЭС. Выпадение или ослабление отдельных элементов, структур, находящихся в взаимосвязи, дезорганизует природоохранную деятельность и снижает ее эффективность. Эффективная организация и функционирование столь сложной системы возможны на основе методически выверенных подходов, учитывающих специфику энергопредприятий и многообразие экологических задач.
Важнейшим условием эффективности практической природоохранной деятельности является постижение многообразных и сложных взаимосвязей предприятий энергетики с окружающей средой. Понимание и объективная оценка экологически значимых свойств энергопредприятия и условий их формирования, правильная оценка структуры, качества, устойчивости антропогенно-природной среды к техногенному воздействию позволяют вы-делять приоритеты природоохранной деятельности, осуществлять оптимальное целенаправленное изменение экологических свойств ТЭС.
Охрана окружающей среды является сферой неограниченной инвестиционной емкости, практически не существует предела насыщения ее материальными и финансовыми ресурсами с достижением большего или меньшего экологического эффекта. Поэтому необходимо определять целесообразный уровень решения экологических проблем энергопредприятия как компромисс экологической приемлемости и материальных возможностей, как компромиссное *\.. решение в области охраны окружающей среды для достижения взаимоисключающих целей" [ 5 ],Это касается экологических нормативов, устанавливающих ограничения производственной дея-
Около п песка я ценя эмерпш как фактор ко і гкуреї гтоспособі (осі 11 шрьшкеэнерпш
Общественное возле исты ге
Соблюдения эколо-ппссkjїх нормативе» {адли и шетра гнеш я и уголовная ответственность)
Экономическая шгодность прнро-доо\рзніїи\ра5отс СОКраЩСЕШСМ плоты да циброси.сброси
UpZ PC TlWiniOOTlL-
ческнеустлноші
Pen і он а лиги с эколопп:склс програмній
комически:!
блок
Оплата природопользования
Экологическое страхование
Оценка
э кол 0 пне с ко Л
состаалЕюцеїі
себестоимости
энергии
Орїатпацнч природохран* них рабом
Обеспеченна ТеХ-ЛО л оглчесхоґі
(шіструкииіик анаші* п соблюдение)
Обеспечение требование эргсно* мшт к комфорта
D СШСВОЛ ЭОИС
Uko логическая
подготовка персонала
Организация
экологического
контроля
Утилизация отходоа
Регулирование
BUGpOCOP в ІІМУ
Ді ['{гферендегровал-ное огрзнзпеше потребителе Л
D'.'OAOCtricCt-ih,' СОЫршчнстсО*
it ODCjwdoestiiffi
Ііиделеї&и приоритетов, 'fcpVH-
рОПіІЛІІй ЛНПЄС-
тшигоиних грог-рам м
Шііборіс.чнл'іе-exux решен: jjl подгагоока проектов
Реалі m пня проектом
Опслка :>1»[ч:к-тішностн н наличия ггобочшх
ГІОСЛ СЛОТЕ J Ш
Участие в комле кс них і триграммах реп юна
Природоохранная деятельность ТОС
CotfitJ-iMto-эколосичг-сміїї блок
/ 'іібот j с природнича обьемлии
ОбіДССТВСЛЛО СПИ tl ІПСЄЛЄ-
їіия а эсти влияния ТЭС
Коптрол урегулирование температурно
ГО режиМП
водоема
Couikulieuc комле йен зш для населения
Контроль
фиЛЬТраЦИОН-ИиХ ПОТОКОВ
золоотвала
Переуступки квотнагиброс загряіі и стеле Гі (продажа киот)
Рскультпва-
OG)'CTpO Яство СЗЗн пер І тоді пес-КІІЇІ коштчіль
ег состоя ння
Компенсационные грі :рхь доохрашене мероприятия (лесопосгакц рыборазведение)
иоеммчеты б&опаспости QQOpy&ocaituSL объеюпоа
Охр л на экологически опас-пи\ oGlcktoh
ОТ>Мі4ШЛСП-
пого ічгілепст-вня
Коіптлть состояния ПіДро< технических сооружении ТЭС
Локализация последствий йа;ір]ії1
иый блох
Контроль
качества
Таллина
Опт it мал ь -нос распределение различных ЛІ иов толлниз по котлам
ЬСЗОППС"
нос хранение топлива
Оцгнка ttnep-миросаяме экологических покозотглей
Разработка предложений
1ГО ІІОрМіГШіЛМ DUftpOCOB Н
сбросоп ПДГС. ГЩС;обоенода-нпе и согласованнее коне-ролітруюіШ'лін' органами
Коїггроль
соблюдения
нормативов
Регулярны іі уч ет выбросов и сбросов
Риул*ггчтя
егзтотіст] гость
Рис. 1 Мотивы и структура природоохранной деятельности
11 телыюстн ТЭС, оценки допустимого вклада ТЭС в загрязнение воздушного бассейна и водных объектов, разумного ограничения круга контролируемых токсичных веществ в дымовых газах, объема приборного экологического контроля.
Возможности и пути экологического совершенствования технологии эисргопроизводства и оборудования действующих ТЭС существенно отличны от способов решения экологических проблем вновь создаваемых энергопредприятий. Здесь условия природоохранных работ диктуются в значительной мере ограниченностью производственных площадей, компоновочными ограничениями, инвестиционными возможностями, износом существующего оборудования и ограниченным сроком его дальнейшей эксплуатации, использованием непроектного топлива.
Таким образом, экологизация действующих ТЭС путем реновации оборудования представляет собой самостоятельную научно-техническую проблему» решение которой возможно на совершенной, динамично развивающейся нормативно-методической н технологической базе , на основе научной методологии, опирающейся на общие принципы методологии охраны окружающей среды и учитывающей специфику эисргопроизводства, его жизнеобеспечивающие функции, потенциальные возможности экологического совершенствования ТЭС, а также локальные, региональные и глобальные экологические проблемы отрасли.
Методологически выверенные подходы в формировании нормативных, методических, организационных основ природоохранной деятельности ТЭС, экологизации технологии и оборудования энергопредприятий позволяют вытеснять эмпирические подходы, отологический нигилизм и экологический экстремизм, некритическое восприятие зарубежного опыта, достигая максимальной эффективности усилий и инвестиций. Создание научной методологии экологического совершенствования ТЭС позволяет избегать нестабильности приоритетов, непоследовательности в экологической политике отрасли, подверженной (как показывает опыт) влиянию конъюнктурных,
впенаучпых факторов, несогласованности требования различных нормативно-методических документов.
Определение ряда общих принципов и разработка отдельных компонентов научной методологии экологизации ТЭС в предшествующий период не завершают формирование се как инструмента и фактора ориентированного развития энергетики. Совершенствование и расширение нормативно-методической и технологической базы природоохранной деятельности, их развитие как целостной структуры было и остается актуальной задачей в качественно новых условиях функционирования и развития предприятий отрасли, ведения природоохранных работ на ТЭС, сложившихся к настоящему времени.
Цель настоящей работы - разработка, обоснование и практическая реализация методики комплексного решения нормативных, методических и технологических проблем как основополагающего принципа научной методологии экологического совершенствования действующих тепловых электрических станций.
Решение этой комплексной научно-технической проблемы предполагает системную разработку методов экологизации всех значимых звеньев организации и технологического процесса энергопроизводства в их взаимосвязи как целостной системы: - экологическое нормирование;
оценка экологических характеристик ТЭС и возможности их регулирования;
экологически направленное формирование топливного баланса;
экологически эффективные технологии подготовки и сжигания топлива;
организация экологического производственного контроля.
Поставленная задача ограничиваются определенными рамками - объектом исследования является действующая ТЭС, работающая на твердом топливе, оборудование сохраняется в эксплуатации на
среднесрочную перспективу;
- непосредственной целью совершенствования технологии сжигания твердого топлива является подавление выбросов оксидов азота. Научная новизна
К В развитие методологии охраны окружающей среды разработана система методологических принципов экологического совершенствования ТЭС, комплекс методик по оценке экологической значимости ТЭС, отдельных ее экологических характеристик, нормированию выбросов загрязнителей.
2. В расширение технологических возможностей экологизация эпер-гоборудовапия создан комплекс новых технологий сжигания твердого топлива, направленных на снижение выбросов оксидов азота, разработаны рекомендации по организации производственного экологического контроля. 3. Показана значимость корректирующего взаимодействия в развитии нормативно-методической базы и технологии энергопроизводства как условия экологического совершенствования ТЭС. Единство нормативно-методологических и технологических разработок, представляемых на защиту как единую систему с активно функционирующими внутренними связями, объединяемых общими методологическими принципами, определяет целостность представляемой работы
Исследованные в рамках данной работы разнородные методические и технологические вопросы экологического совершенствования ТЭС составляют в своем единстве содержание и основу природоохранной деятельности энергопредприятия. При этом рассмотрение каждого составляющего ее отдельного фрагмента не является самоцелью. Главная задача - обеспечить единство методов решения этих разнородных проблем как условие формирования научной методологии исследования единой комплексной системы — экологическое совершенствование действующей ТЭС.
Методологии исследовании. Основные подходы и способы решении поставленной задачи
Формирование научной методологии природоохранной деятельности и, в частности, экологизации ТЭС осуществляется как результат научного анализа проблемы и обобщения определенного практического опыта в энергетике и смежных отраслях, выявления общих закономерностей этой специфической сферы производственной деятельности. Двадцатилетний период работы автора в указанных сферах природоохранной деятельности в энергетике совпадает по времени со становлением природоохранного законодательства, нормативной базы охраны окружающей среды, соответствующих организационных структур, интенсивным развитием научно-технических разработок экологической направленности, с началом практической реализацией планов экологизации отрасли и отдельных ТЭС
В рамках этой деятельности автор участвовал в разработке ряда основных отраслевых нормативных и методических документов, регулирующих природоохранную деятельность тепловых электрических станций, разработке новых подходов к формированию саиптарио-защитиои зоны ТЭС, оценке экологических характеристик энергетических топлив, создания на основе специальных лабораторных и натурных исследовании методик расчетного и экспериментального определения некоторых экологических характеристик ТЭС .
На основе указанных нормативно-методических документов под руководством автора разработаны нормативы выбросов загрязнителей в атмосферу для большой группы электростанций (около 150 ТЭС), разделы проектов "Охрана окружающей среды"» "Оценка воздействия на окружающую среду" строительства и реконструкции ряда паротурбинных и газотурбин-ных ТЭС. По заданию Минэнерго выполнен анализ природоохранной деятельности крупнейших энергообъединений отрасли - Свердловэнерго, Лсн-эперго, Чслябэнсрго. Полученный опыт практического использования мето-
дических и нормативных отраслевых и федеральных документов позволил обеспечивать их корректировку.
В результате расчетных и стендовых исследовании, проектно-конструкторских разработок, испытании в промышленных условиях автором созданы, внедрены экологически совершенные технологий использования топлива в энергопроизводстве. Полученный практический опыт позволил разработать методические рекомендации по экологическо*му совершенствованию ТЭС в условиях действующего производства, включая конкретные методики по отдельным способам совершенствования котельного оборудования ТЭС.
В ходе этих разноплановых работ последовательно формировались основные методические подходы к решению отдельных задач охраны окружающей среды в энергетике, общих универсальных методологических принципах всего комплекса природоохранной деятельности в отрасли и, в частности, на действующих ТЭС. Анализ и обобщение всего накопленного материала и личного практического опыта позволили сформулировать основные положения представленной работы.
Важнейшим инструментом в разработке рассматриваемой проблемы является системный анализ сложных систем, что характерно для исследований в сфере охраны окружающей среды [ б ]. Системный анализ и системные решения используются при разработке и исследований практически всех задач, рассматриваемых в рамках данной работы — нормативных, методических, технологических - и прежде всего в анализе взаимодействия этих компонентов природоохранной деятельности отрасли, определяющих способы оценки воздействия ТЭС на окружающую среду и условия экологического совершенствования энергопредприятия.
Практическая ценность
Разработанный автором ряд нормативно-методических материалов , составляет значительную часть блока отраслевых нормативных документов
16 по охране окружающей среды, используемых в практической деятельности энергопреднриятин;
-оценка и нормирование экологических характеристик ТЭС: нормирование выбросов в атмосферу с учетом требования природоохранного законодательства и специфики отрасли, расчетная оценка ветровой эрозии угольного штабеля и зол о шлакоотвала, регулирование выбросов в особо неблагоприятных метеоусловиях (НМУ), оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС ) на основе двух основных экологических параметров - экологические свойства ТЭС (непосредственное воздействие на окружающую среду) и экологическая значимость ТЭС (последствия контакта с окружающей средой, которые определяются соотношением свойств энергопредприятия со структурой и свойствами окружающей среды);
-оценка экологических свойств энергетического топлива на основе синтеза оценок исходных качеств топлива (экопотенциал топлива), соотношения с локальными экологическими условиями в зоне ТЭС (экосовмсстимость), пластичности топлива по отношению к технологическим методам снижения вредных выбросов ( экотехнологнч-пость);
-формирование санитарио-защитной зоны ТЭС (как замыкающего этапа формирования экологических свойств ТЭС) по принципу ограничения ее максимального и минимального размера;
-организация экологического производственного контроля на ТЭС в двух основных его функциях - технологический и учетный контроле включая организацию автоматизированной системы контроля выбросов.
Разработаны методические принципы экологизации действующих ТЭС (с учетом сложившихся экономических реалий и состояния оборудовать сохранепия п эксплуатации на ближайшее десятилетне основной части
генерирующего оборудования) па основе интеграции элементов новых, экологически совершенных технологии.
Разработаны, исследованы автором (лично или в составе группы специалистов под его руководством) и прошли апробацию, внедрены на ТЭС новые технологические методы подавления оксидов азота при сжигания угольной пыли, которые значительно расширяют практические возможности рационализации топочного процесса в энергетических котлах:
-термическая подготовка топлива при температуре до 850С в устройствах, встроенных в основные пылеугольные горелки;
- оптимизация скоростного режима горелок путем выравнивания им
пульса потоков аэросмеси и вторичного воздуха;
сжигание высококонцентрнрованной аэросмеси с использованием прямоточных и вихревых горелок в котлах с жидким шлакоудаленнем;
трехступенчатое сжигание в условиях ограниченности размера топочной камеры и компоновочных ограничениях без использования вспомогательного топлива для получения восстановительной среды;
организация эффективной аэродинамической структуры в топочной камере крупных котл о агрегатов в режиме трехступенчатого сжигания с вводов восстановительной среды и воздуха на дожигание в виде системы закрученных и прямоточных струй.
Указанные технологические разработки находятся на уровне наиболее значительных современных зарубежных технологических способов ограничения выбросов(а по ряду показателей не имеют аналогов в мировой практике) .
Единство представляемых на защиту указанных методологических положений, методик, технологических решении, как единую систему с активно функционирующими внутренними связями, обеспечивает развитие двух основных сфер природоохранной деятельности - нормативно-методической и технологической в условиях динамичного взаимодействия» при котором движение в одной из них инициирует развитие (подчас опере-
жающее) в другой сфере. Это создает возможность эффективного системного решения методологических и технологических проблем экологизации тэс.
Апробации работы
Основные положения диссертации докладывались на IX Всесоюзном Симпозиуме по горению и взрыву (1989г,)> конференции по проблемам тепло- и массообмена в продуктах горения, используемых в энергетике (Минск,1990), И конференции стран-членов СНГ(1992г), международном семинаре по трехступенчатому сжиганию твердого топлива (Москва,2000г), ряде конференций» организованных Минэнерго, РАО «ЕЭС России». Работы представлялись на ВДНХ, автор отмечен двумя медалями ВДНХ. За работы по снижению выбросов оксидов азота автор в составе группы специалистов удостоен премии Правительства РФ в области науки и техники за 1998г. Публикации
Основные положения диссертации изложены в монографии "Методические основы природоохранной деятельности ТЭС" [ 7 ]. По вопросам, рассматрнваехмым в диссертации, опубликовано 48 статей в отраслевых научно-технических изданиях ("Теплоэнергетика", "Электрические станции"), сборниках научных трудов и материалов конференций, семинаров Академии наук, ведущих отраслевых научно-исследовательских институтов. Автор является одним из разработчиков "Экологической программы электроэнергетики России",
На основании проведенных исследований создан комплекс теоретических, методологических, нормативно-методических, технологических разработок, прошедших апробацию, совокупность которых решает крупную научную проблему - формирование научной методологии экологического совершенствования действующих тепловых электрических станций и развитие технологической базы экологизации ТЭС в их взаимосвязи.
Системный подход как метод исследования и принятия решении в природоохранной деятельности ТЭС
Общепризнано, что эффективное решение масштабных многофакторных н разноплановых экологообусловленных проблем возможно только при комплексном системном подходе [ б; 20]. При этом система понимается не просто как СОВОКУПНОСТЬ единиц (отдельных элементов, структур), а совокупность их отношений [211.
Системный подход в нашей работе не является (используя меткое высказывание Л.К.Наумснко ) "...продуктом "научной моды", поветрия (что в определенной мере имело место в 70-90-х годах), за которым скрываются тривиальные, а нередко далекие от науки построения" [22], Определенная системность исследований, решений свойственна и предшествующей деятельности в различных сферах до оформления теории систем. В современной природоохранной деятельности широкое использование системности как научного метода является ".следствием увеличения интенсивности и широты воздействия общества на природу, бурного развития промышленности, резкого изменения социальных отношений" [ 23]. Эти обстоятельства в полной мере проявляются и в природоохранной деятельности ТЭС, поэтому обращение к системному методу в рамках решения задачи нашей работы является органичным. В общей теории систем основным показателем рассматриваемой системы является степень и качество ее организации - полпота внутренних связен и эффективное коррелирующее взаимодействие системообразующих элементов, направленное на поддержание равновесия и пропорциональное развитие компонентов системы, С учетом специфики рассматриваемой проблемы неотъемлемой частью системного подхода должно быть выявление структурного состава большой системы "природоохранная деятельность" и исследование свойств каждого системообразующего элемента. Акцент делается на анализе целостных интегральных свойств объекта, выявлении его различных связей и структуры" [24],
Важнейшим принципом научной методологии природоохранной деятельности ТЭС является рассмотрение се (при всей структурной многокомпонентное ) как целостного объекта анализа: целостную структуру н целостный комплекс внутренних и внешних связей. Учитывалось, что охрана окружающей среды (в частности, в энергетике) представляет собой сложную (большую) систему, которая характеризуется следующими свойст-вами: -сложная многосоставная структура, образуемая большим, трудно оцениваемым конечным числом элементов и развитых взаимосвязей между ними; -функционирование и развитие такой системы осуществляется через взаимодействие между структурными элементами системы (внутренние связи) и внешними элементами, не входящими в рассматриваемую систему (внешние связи); -в функционирование системы возможно вторжение случайных факторов, преобразующих взаимодействие элементов системы и приоритеты в ней.
Особенно важен системный подход для проведения масштабной работы по экологизации энергопроизводства. Для решения поставленной задачи из всей большой системы "охрана окружающей среды в энергетике" выделена часть ее структурных элементов, взаимодействующий между собой, достаточных для решения задачи экологизации ТЭСВ данном случае системный подход рассматривается и реализуется па уровне конкретно-научной методологии как определенный алгоритм действий и процедур при анализе больших систем, в принятии решений по развитию системы, повышению ее устойчивости.
Системный метод исследования и принятия решений предполагает соблюдение следующих требований: полнота учета всех значимых факторов и проявлений взаимодействия с окружающей средой, правильная оценка их взаимосвязи, относительной роли в формировании экологических свойств энергопредприятия на основе учета объективных закономерностей, правил, регулирующих экономическую, социальную, научно-техническую и природоохранную сферу деятельности; комплексное решение нормативных, методических, организационных, научных, технологических проблем экологии энергетики. Эффективное решение этих проблем невозможно действиями, прорывами в одном направлении, необходимо пропорциональное развитие всех компонентов этой системы. Примером тому может служить практика внедрения эффективных природоохранных решений на ТЭС без формирования материальной заинтересованности и экологической подготовки персонала, организации экологического контроля, что приводило к обесцениванию затрат на реконструкцию оборудования и утрате экологического эффекта. Ущербным для природоохранной деятельности в отрасли оказалось несвоевременное введение жестких экологических нормативов для энергетического оборудования, опережающее технологические и экономические возможности отдельных ТЭС и отрасли в целом (потребовавшее в дальнейшем пересмотра в сторону смягчения).
Разработка системы ОВОС тепловых электростанций как метода исследования связи ТЭС с окружающей средой
Экологические свойства ТЭС складываются во взаимодействии с окружающей природноіі н социально-экономической средой. Проявление этих свойств ТЭС может быть существенно различным в отдельных природно-климатических зонах, при различном характере и уровне загрязнения природной среды, различных типах ландшафта» растительности, водных объектов, с различной социально-экономической, экологической ситуацией.
Известно, что электростанции, работающие на природном газе, своими дымовыми выбросами оказывают однозначное подкисляющие воздействия на ландшафты, особенно значительное для таежной и лесотундровой зон [ 27]. В полупустынных и пустынных зонах кислотные выбросы ТЭС могут оказывать положительное влияние, увеличивая подвижность необходимых растениям элементов в почвах со слабощелочной реакцией, способствуя рассолонцевашпо почв. При использовании угля летучая зола может при определенных физико-географических условиях частично или полностью нейтрализовать вредные воздействия окислов серы и азота. Исходя из значимости изменения отдельных объектов природной среды, оценивается экологическая приемлемость энергопредприятия и пути его экологического совершенствования.
Поэтому типизация подходов в решении экологических проблем отдельных эпергопредпрнятий, поточные методы создания ТЭС, являющихся в экологическом и социально-экономическом плане уникальными объектами» неуместны [7; 29]. Индивидуализация проектных природоохранных решений - важнейшее условие эффективного решения экологических проблем ТЭС, неоднозначность воздействия ТЭС п различных пространственных границ
В различных пространственных границах характер и значимость экологического воздействия предприятий теплоэнергетики могут быть существенно различными. Если выбросы кислотообразующих оксидов с дымовыми газами ТЭС, в основном, связаны с изменениями природной среды локального и регионального порядка и не выходят за рамки континентальных проблем, то поступление в атмосферу диоксида углерода (по данным специализированных органов ООН) выступает в качестве глобальной проблемы формирования "парникового" эффекта. Не является, например, локальной экологической проблемой возможное препятствие миграции птиц при создании и эксплуатации ТЭС, которая является глобальной проблемой, принимающей также для отдельных (отдаленных от места расположения ТЭС) районов существенное локальное и региональное значение. Локальным является шумовое, электромагнитное воздействие ТЭС.
Влияние экологических свойств ТЭС может в различных пространственных границах менять знак на противоположный. Так, раскисление почв эоловыми высококальциевыми частицами в зоне локального воздействия ТЭС может сопровождаться существенным негативным воздействием при трансграничном переносе пылевых выбросов. особенности экологического влияния городских ТЭС Выбросы городских ТЭЦ, оборудованных дымовыми трубами высотой 120-180 м3 распространяются в приземной слой воздуха в направлении сверху вниз, при этом обеспечивается разбавление токсичных выбросов. В то же время вся масса транспортных выбросов и значительная часть коммунальных и промышленных выбросов поступает непосредственно в приземный слой. Поэтому по величине валовых выбросов ТЭС нельзя сделать заключение о вкладе эпергопредприятий в загрязнение воздушного бассейна города [15;30]. Так, для группы ТЭЦ Санкт-Петербурга доля выбросов в общем количестве газообразных выбросов всех стационарных и транспортных источников достигает 40%, однако вклад ТЭЦ в загрязнение приземного слоя воздуха оксидами азота и сернистого ангидрида не превышает 15-20%. В Москве соответствующие показатели составляют 60 и 20-25%. Как показывает опыт контроля состава атмосферного воздуха в зоне влияния городских ТЭС Тюмени, Уфы (непосредственно по составу проб воздуха, по данным снеговой съемки) загрязнение природной среды на урбанизированных территориях определяется в решающей мерс техногенным окружением ТЭС [31 ].
Одним из наиболее значимых факторов воздействия ТЭЦ и крупных котельных на экологию города является шумовые свойства оборудования. На удалении более 500 м стационарные шумы от ТЭЦ не превышают допустимого уровня. Однако во многих случаях жилые комплексы непосредственно подступают к промплощадке ТЭС, здесь без применения специальных мер звуковое давление в населенной зоне может достигать 90-85 дБ. Особо значимо влияние периодических шумов, в частности, гри срабатывании сбросных клапанов при пуске, останове котлов. В отсутствие шумоглушителей уровень шума в радиусе до 2-3 км может превышать допустимый уровень-Городские энергопредприятия создают высотные доминанты, воздействующие на визуальное восприятие городского ландшафта
Способ оценки экологических свойств энергетического топлива
Сложившееся ранжирование энергетических топлив по "экологической чистоте" (от экологически "чистого" природного газа до "наиболее за 89 грязи яіо ще го" твердого топлива ) исходит из оценки качества топлива, ограничивающейся содержанием негорючей минеральной части, серы п связанного азота, выделением при сжигании топлива кислотообразующих газообразных компонентов (диоксиды серы, азота); твердых остатков (зола, микроэлементы); наличием в них серосвязывающих веществ, компонентов, потенциально причастных к глобальному воздействию на атмосферу.
Однако исходные характеристики топлива не предопределяют конечный характер экологических последствий его применения. Развитие экологически чистых технологий энергопроизводства, ориентированных, в частности, на определенные исходные экологические качества углей, может деформировать потребительские качества углей с учетом стоимостных факторов. Существующие в ряде стран ограничения для использования топ л ив с большим содержанием серы в исходном угле ( Дания - 1,2%, Германия, Италия - 1%) не исключают использование угля с повышенным содержанием серы при условии оснащения котлов устройствами десульфуризации, то есть применения соответствующей технологии энергетического использования. Они позволяют сформулировать необходимые требования к технологии его энергетического использования с учетом конкретной экологической ситуации и природно-климатических особенностей в зоне размещения ТЭС. Дилемма "чистые-нечистые" топлива должна быть вытеснена проблемой адекватности технологии конкретным условиям его использования, исходным экологически значимым характеристикам топлива и формированием на этой основе потребительских качеств топлива.
При оценке экологически значимых исходных характеристик топлива - его зкопотенпиала - наряду с его элементарным и минералогическим составом, теплотехническими и физическими свойствами (пылепие, плавкост-ные характеристики, электрофизические показатели, удельная теплота сгорания) существенное значение имеет связь их с термохимическими процессами трансформации и взаимодействия его компонентов в топке. В частности, необходимо учитывать отсутствие линейной зависимости выхода N0 90 от содержания азота в топливе Nr, которая однако отражена в ряде исследований и расчетных методиках [51;52 ], Нашими исследованиями при опытном сжигании партии полукокса нрша-бородинского угля ( Nr= 1,39%) до 1000т в топке котла паропроизводнтслыюстыо ЗОт/ч, расчитанного на сжигание кузнецкого угля( Nr= 2,60%) , установлено , что различие выхода оксидов азота существенно больше, нежели содержания связанного азота исходного топлива - соответственно 4 74-7ї22кг/тут и 28,5-34,5кг/тут [50]. Здесь решающее значение имеет различная термостойкость азотсодержащих соединений - в полукоксе при термообработке удаляется до 70% связанного азота с сохранением в коксовом остатке наиболее термостойких соединений, которые могут частично сохраняться и в золе. Это указывает на существенную роль характера азотсодержащих соединений, наименьшая степень окисления азота топлива свойственна углям с высокой степенью метаморфизма. Таким образом, необходимо учитывать не только количественную оценку присутствия в угле отдельных потенциально значимых элементов, їіо также вид соединений, в которых оно присутствует.
Топлива в различной мере обеспечивают возможность экологического совершенствования ТЭС - обладают различной экотехнологичностью. Она существенно различна для отдельных топлив в зависимости от исходных свойств топлива и продуктов сжигания его - физических, химических показателях угля (плотность, электрические и магнитные свойства, смачиваемость, обогатимость - способность углей к разделению беспородной массы и балластной примеси, серосодержащих компонентов и угольной массы, которая регламентируется стандартом ГОСТ 10100-75), а также специфических свойств угольной золы (поверхностное удельное электрическое сопротивление золы, влияющее па эффективность электрофильтров; слипасмость и плотность золовых частиц, снижающая эффективность инерционных золоуловителей; наличие соединений кальция, определяющих связывание сернистых соединений в конвективной шахте котла и цементирующие свойства золы). Экнбастузскнн уголь можно рассматривать как наименее эко 91 технологичное топливо - при средней зольности Ар = 41-42% он наиболее труден для обогащения в силу геологической особенности (перемежающиеся слон угля толщиной до 5-10 мм и породы), разделение по фракционному составу и плотности крайне сложно, так как уголь представлен и основном в виде сростков. Тем не менее, имеются технологические решения по обогащению и этого угля с доведением зольности до 20-25%. Наиболее пластичным топливом является природный газ. Для крупных котлов выход оксидов азота при работе на газе (без применения специальных методов подавления) превышает 1,0-1,3 г/нм\ т.е. находится на уровне пылеугольных котлов. Однако за счет различных технологических мероприятий концентрация оксидов азота в мощных котлах на газе может быть снижение на порядок, в то время как на пылеугольных котлах таких путем достижимо снижение на 60-65%. Высокой экотехиологичностыо отличаются канско-ачинские угли - золошлаки этих углей легко поддаются грануляции (что снижает токсичность воздействия при длительном хранении в отвале), термопереработке и газификации, переработке в стройматериалы.
Экологическая значимость свойств исходного топлива существенно зависит от характера окружающей природной среды, который может существенно изменить оценку "зкологнчиости" топлива, устанавливаемую по исходному его составу. Известно, что ТЭС, работающие на природном газе, на севере страны оказывают подкисляющее воздействие па почвы . Характерным, хотя и парадоксальным на первый взгляд, является предложение, высказанное рядом специалистов, о целесообразности создания в юго-восточной части Тюменской области, на территории основного газодобывающего района страны пылсугольной ТЭС на канско-ачииском угле.
Основные принципы экологического нормирования
Анализ мирового и отечественного опыта позволяет сформулировать основные принципы экологического нормирования и ограничения хозяйственной деятельности:
1) соответствие состоянию экономики , уровню развития общества Известный специалист в области экологического права А.И.Казанник справедливо напомнил тезис К.Маркса о том, что право не может быть выше экономики и обусловленной ею культуры [ 75]. Если природоохранное законодательство, экологические нормативы не соответствуют экономической основе, то соответствующие нормативно-правовые акты, установление "самых лучших в мире" законов и самых жестких технических норм может привести лишь к подрыву и дискредитации природоохранной деятельности, неоправданным затратам. Только развитое общество на определенной ступени благосостояния людей, обладая необходимыми технологическими и материальными возможностями, способно ставить и решать многоплановые задачи охраны окружающей среды, выходящие за рамки непосредственно санитарно-гигиенических проблем. Система нормирования промышленных выбросов должна формироваться не только с учетом конечных целей, по также и материальных возможностей общества соответственно сложившемуся и прогнозируемому на ближайший период уровню развития технологии и средств контроля, исходя из принципа последовательного наращивания санитарно-гигиенических требований.
Эти положения, особенно важные в условиях ослабленной экономики страны, неразвитости инфраструктуры, обеспечивающей природоохранную деятельность, позволяют оптимизировать инвестиционную деятельность в области охраны окружающей среды, обеспечить максимальную эффективность ограниченных средств, направленных на эти цели, выделяя приоритетные задачи.
2)обосііовашімс темпы решения экологических проблем промышленными предприятиями
Существующее законодательство и нормативные документы не предопределяют сроки выхода отдельных предприятий на уровень установленных экологических нормативов. Это создает возможность недостаточно взвешенных требований отдельных местных органов власти и охраны природы, произвольно назначающих указанные сроки. Необходимо законодательно установить порядок, согласно которому срок достижения уровня экологических нормативов предприятия определяется экономическими и технологическими возможностями и устанавливаются на основе аргументированных предложений предприятия - природопользователя. Такое положение включено нами в отраслевую инструкцию по нормированию выбросов ТЭС.
3)стабилыюсть нормативной базы природоохранной деятельности и ее эволюционное совершенствование
Важнейшим условием эффективности системы нормирования выбросов (и базирующейся на ее основе системы контроля природоохранной деятельности) является стабильность основных ее принципов и методических положений. Развитие системы нормирования осуществляется прежде всего под воздействием процессов совершенствования государственной системы нормирования промышленных выбросов , которая является достаточно динамичной и претерпевает определенные изменения, отражающие: - возрастание роли экологических проблем в жизни общества; - совершенствование научных и организационных основ природо охранной деятельности в стране; - развитие международного взаимодействия в решении экологических проблем; - уточнение санитарно-гигиенических нормативов; - развитие технических средств экологического контроля.
Совершенствование системы нормирования (как общегосударственной, так и в рамках отдельных отраслей) становится по существу непрерывным процессом. Сочетание принципов стабильности основных положений и эволюционного совершенствования системы нормирования является гарантией соответствия се актуальным задачам охраны окружающей среды. Такой подход создает устойчивую базу для построения природоохранной деятельности в энергетике на основе долгосрочных программ .
4) сочетание административного ограничения и стимулирования природоохранной деятельности
Формирование правового поля природоохранной деятельности предполагает создание механизма, побуждающего к постоянному се совершенствованию. Разработка эффективных форм стимулирования природоохранных работ ( льготное налогообложение, право продажи неиспользованных квот природопользования, финансовая государственная поддержка круп ных проектов и др.) создает возможность вытеснения принуждения, административного давления экономической заинтересованностью, прибыльностью природоохранной деятельности для субъектов хозяйствования. Природоохранное законодательство, многочисленные нормативные акты и предписания в нашей стране компенсируют в определенной мере слабость материальных стимулов, низкую экологическую культуру. Характерно, что в развитых странах природоохранное законодательство представлено не столь многостраничными и многочисленными документами, но оно более эффективно, ибо оно опирается на простую, совершенную систему экономических механизмов природопользования. Это обеспечивает высокую степень исполняемости законов. Страны Запада уже давно отказались от примата прямого административного регулирования, однако ослабления функций административного принуждения к соблюдению стандартов качества природной среды не происходит, нарушение законов в этой сфере редко остается безнаказанным. 5) согласованность национальных стандартов и нормативов в охране природы с международными актами
